• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.41-41
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• 2015

하천의 지형을 조사하고 계측하는 것은 하천을 연구하는 전문가들에게 필수적인 일이다. 하지만 하천의 지형을 계측하는 것은 쉽지 않으며, 조사를 하여도 유사의 이송으로 인하여 하천의 지형은 시간이 지남에 따라 변하게 된다. 그러므로 실험이나 모델링을 통하여 하천의 지형을 예측하고 모의하는 것은 중요한 연구이다. 모델링을 이용하여 유사이송에 의한 하상변동을 잘 예측하기 위해서는 하천의 복잡한 흐름을 정확히 모의하는 것이 중요하며 유사를 발생시키는 힘인 하상전단응력을 정확히 산정하는 것 또한 중요하다. 하상의 전단응력을 산정하는 방법으로는 대표적으로 로그법칙에 의한 방법, 레이놀즈응력 분포를 이용한 방법, 난류운동에너지를 이용한 방법 등이 있다. 앞서 말한 방법으로 산정된 전단응력 값은 차이를 보이며, 이는 하상변동을 정확히 모의하는 것에 문제를 발생시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 곡선좌표계를 이용하여 3차원 유동 및 하상변동을 모의할 수 있는 수치모형을 이용하여 전단응력 산정 방법에 따른 하상변동량을 분석하는 것이다. 하천의 복잡한 흐름을 정확히 모의하기 위하여 본 연구에서는 RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) 방정식을 3차원으로 해석하여 흐름 계산을 하였고 유사량 산정공식과 Exner 방정식을 이용하여 유사이송에 의한 하상변동을 계산하였다. 흐름 계산의 검증을 위하여 선행 연구의 실험을 대상으로 모의하였다. 그리고 곡선으로 된 실험 수로를 대상으로 전단응력 산

• 대한조선학회논문집
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• 제37권4호
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• pp.19-30
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• 2000

선수와 선미에 벌브를 가진 현대적인 상선 주위의 난류유동을 해석하기 위해 유한체적법을 이용한 RANS 방정식의 해법이 개발되었다. 복잡한 선수미의 격자계 생성을 위해 다중블록 선체표면 격자계 생성 기법이 도입되었고, 타원형 미분 방정식의 해를 이용하여 O-H 형태의 공간 격자계생성 기법이 이용되었다. 지배방정식의 대류항과 확산항은 각각 QUICK과 중앙차분법을 이용하여 근사되었고, 속도-압력 연성을 위해 SIMPLEC법이 채택되었다. 개발된 방법은 KRISO 3600TEU 컨테이너선에 적용하여 유선가시화 실험 및 반류계측 결과와 비교하였다. 계산 결과는 선수와 선미에 벌브를 가진 현대적인 선형 주위의 유동 해석을 위해서도 이러한 수치계산 방법이 적용될 수 있음을 보여주고 있다.

• 대한조선학회논문집
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• 제39권3호
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• pp.8-17
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• 2002

RANS 방정식의 수치 해법을 사용해서 선박용 추진기 주의의 점성 유동을 계산함으로써 모형 프로펠러 3개(P4119, P4842, KRISO 포드 프로펠러)의 단독 성능을 해석하였다. 프로펠러 단독성능과 날개 압력 분포 그리고 프로펠러 근방의 평균 속도 분포에 대한 본 연구의 수치 해석 결과를 실험 결과와 비교하였으며, 대체로 두 결과가 서로 잘 일치하는 것이 확인되었다. 그러나, 프로펠러 날개 앞날의 압력과 포드 프로펠러의 단독 성능에 대한 본 연구의 결과는 실험 결과와 잘 맞지 않는 것으로 나타났다.

• 한국해양공학회지
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• 제13권2호통권32호
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• pp.138-146
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• 1999

The viscous flow around a ship hull is calculated by the use of RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes) solver. Reynolds stresses are midelled by using the k-${epsilon}$ turbulence model and the law is applied near the body. Body fitted corrdinates are introduced for the treatment of the complex boundary of the ship hull form and the governing equations in the physical domain transformed into ones in the computational domain. The transformed equations are numerically solved by an employment of FVM(Finite Volume Method). SIMPLE(Semi-Implicit Pressure Linked Equation) method is adopted in the calculation of pressure and the solution of the sidcretized equation is obtained by the line-by-line method with the use of TDMA(Tri-Diagonal Matrix Algorithme). To assure the proprietty of this computing method, HSVA tanker and Dyne hull are calculated ar both model and ship scale Reynolds number. Their reaults of pressure distributions on fore and aft body, axial velocity contours and transverse velocity velocity vectors and viscous resistance coefficients are compared with other's experiments and calculations.

• 대한조선학회논문집
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• 제45권2호
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• pp.109-123
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• 2008

The present paper presents the CFD result for a beam wave test case. An ONR tumblehome ship model with bilge keels is used. The beam wave test is for zero forward speed and roll and heave 2DOF with wave slope $a_k=0.156$ and wavelength ${\lambda}=1.12L_{PP}$, with $L_{PP}$ the ship length. The problems is solved numerically with an unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes approach. The free surface flow is computed using a single-phase level-set method and the motions in each time step are integrated using a predictor-corrector iteration approach which uses dynamic overset grids moving with relative ship motion. The predicted CFD results for motions and forces are compared with experimental data, showing a reasonable agreement.

• 대한조선학회논문집
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• 제36권4호
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• pp.1-8
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• 1999

복합 추진장치가 포함된 경우와 포함되지 않은 경우에 축대칭 물체 주위 유동특성을 조사하기 위한 수치적 연구가 수행되었다. 비압축성 RANS 방정식을 유한체적법으로 해석하는 수치적 방법이 표준 $k-\varepsilon$ 난류모형을 이용하여 수행된다. 선체와 추진기의 상호작용은 패널법에 의하여 계산된 유기속도를 프로펠러 면에 분포하여 경계조건으로 처리하는 방법을 사용하였다. 수치적 결과로부터 얻어진 표면압력분포와 유속분포는 시험 결과와 비교된다. 본 연구에서 얻어진 수치계산 프로그램은 복합추진장치의 설계에 이용될 수 있다고 생각된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.42-42
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• 2015

사행수로에서의 원심력은 비선형적인 압력분포를 야기하여 이차류, 편수위 등과 같은 불규칙하고 복잡한 흐름을 발생시킨다. 일반적으로 이들 흐름은 난류이고 매우 3차원적이며 자유수면과의 상호작용이 중요한 역할을 할 수도 있다. 환경, 유사이동, 지형 변화와 관련된 환경 수리학적 관점에서 사행수로에서의 흐름을 이해하고 설계하기 위해서는 이러한 복잡한 3차원 흐름을 정확하게 계산하는 것이 매우 중요하다. 이 연구에서는 유한차분법에 근거한 3차원 흐름해석 모형을 이용하여 사행수로에서의 난류 흐름을 모의하고자 한다. 지배방정식은 3차원 비정상 RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) 방정식이며, 난류 해석을 위해서 공학적으로 널리 이용되고 있는 난류 모형 중 k-omega 모형을 이용한다. 수치모형은 시간과 공간에 대해서 2차 정확도의 이산화 기법을 적용한다. 자유수면의 변동은 이상(two-phase) VOF (volume of fluid) 기법을 이용하여 계산한다. 수치모형의 적용 대상은 기존 문헌에서 제시되어 있는 키노시타 사인곡선을 이용하여 만든 폭 60cm의 사행수로에서 후르드수 0.23 그리고 레이놀즈수 41,700의 조건에서 발생시킨 난류 흐름이다. 적용한 난류모형들을 이용하여 해석한 결과들을 유속벡터분포와 수위의 항으로 비교분석하여 사행수로에서 발생되는 이차류와 편수위 변화 재현에 대한 수치모형의 적용성을 평가하고 각 난류모형들의 특성을 제시한다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2000년도 춘계학술대회논문집B
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• pp.704-708
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• 2000

A new efficient numerical method for computing unsteady, incompressible flows, DRANS (Decoupled Reynolds-Averaged Navier-Stokes), is presented. To eliminate the restriction of CFL condition, a fully-implicit time advancement in which the Crank-Nicolson method is used fer both the diffusion and convection terms. is adopted. Based on decomposition method, the velocity-turbulent quantity decoupling is achieved. The additional decoupling of the intermediate velocity components in the convection term is made for the fully-implicit time advancement scheme. Since the iterative procedures for the momentum, ${\kappa}\;and\;{\varepsilon}$ equations are not required, the components decouplings bring fourth the reduction of computational cost. The second-order accuracy in time of the present numerical algorithm is ascertained by computing decaying vortices. The present decoupling method is applied to turbulent boundary layer with local forcing.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.206-216
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• 2017

교란운동에너지(TKE)와 레이놀즈 응력의 수직성분($-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$)에 대한 한 주기 파장 안에서의 시간변화를 관측자료를 사용하여 분석하였다. 관측자료는 동해에서 온대성저기압이 발달하였던 2017년 1월 14일부터 18일까지 동해안 후정해변에서 측정한 파랑자료를 사용하였다. 이 기간 동안 관측된 모든 파랑자료들 중에서 비슷한 형태를 갖는 수백 개의 규칙파들을 구분하였으며 이 자료를 토대로 Ensemble Average 기법을 사용하여 이 기간 파랑특성을 대표하는 세 개의 평균파를 계산하였다. 그리고 이 평균파를 기준으로 각 파의 요동을 측정하여 한 주기 동안의 교란운동에너지와 레이놀즈 응력을 계산하였다. 이렇게 계산된 자료들을 분석한 결과 교란운동에너지는 파랑의 평균유속과 비슷한 분포를 나타내었으나(즉 유속이 최대값을 나타낼 때 교란운동에너지도 최대값을 나타내었다), $-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$는 파랑의 수평유속 방향이 전환되는 '방향전환점'에서 가파르게 증가하는 경향을 나타내었다. 이러한 $-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$의 독특한 분포는 Nielsen(1992)에 의해 제안된 난류 convection 현상을 뒷받침하는 발견으로 퇴적물과 같은 물질들의 부유현상이 파랑의 '방향전환점(한 주기 안에서 파랑의 횡단방향 유속 부호가 바뀌는 시점)'에서 촉진될 수 있음을 보여준다. 이렇게 관측된 난류에너지 분포 특성을 CADMAS-SURF 모델을 사용하여 구현해 보았다. 그 결과 교란운동에너지의 경우 모델결과와 관측치 사이에 유사성이 발견되었으나 레이놀즈 응력($-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$)의 경우 모델이 '방향전환점'에서의 증가현상을 구현해 내지 못하였다. 이는 CADMAS-SURF와 같은 Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) 모델들이 가지는 한계점으로 RANS 모델의 경우 레이놀즈 응력과 같은 난류에너지가 평균유속의 분포에 강한 영향을 받기 때문인 것으로 판명되었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제37권2호
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• pp.70-76
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• 2000

2차원 순환 제어 날개 주위의 점성 유동을 수치적으로 해석하여 선박 해양 분야에 적용하기 위한 기초적 연구를 수행하였다. 지배 방정식으로는 2차원 비 압축성 RANS 방정식과 연속 방정식을 사용하였으며, 유한 차분법과 MAC법을 이용하여 이를 차분화 하였다. 또한, 압력 Poisson 방정식은 SOR 법을 이용하여 계산하였고, 모든 물리량이 격자점에 위치하도록 하였으며, 슬롯의 형상을 잘 표현하기 위해 격자계가 엇갈린 O형 비교차 중첩 격자계를 도입하였다. 코앤다 효과는 주로 난류 영역에서 나타나므로 수정된 Baldwin-Lomax 난류 모델을 도입하였다. 본 연구에서는 이러한 수치 계산 조직을 활용하여 뒷날이 원형으로 변형된 20% 두께의 타원 날개에 대한 코앤다 효과를 조사하기 위하여 분사 모멘텀을 달리 하며 시간에 따른 양 항력 특성의 변화를 계산하고, 그 결과를 실험치와 비교하여 잘 일치함을 보였다.